大型铝电解槽节能技术分析

宋晓文

七冶压力容器制造有限责任公司贵州贵阳550014

摘要：在各种金属材料中，铝是仅次于钢的第二大金属，由于铝及铝合金优异的导电、机械等性能，广泛应用于电力、交通运输、包装、建筑等行业。为实现国家倡导的创建资源节约型、环境友好型企业目标，针对国内电解铝工业节能技术快速发展现状，对节能技术进行分析和总结。

关键词：大型铝电解槽；节能技术；分析

1、前言

铝电解工业持续向电解槽大型化发展，大容量预焙铝电解槽由于其高效、节能、环保和自动化水平等优点成为国际铝工业发展的大趋势，在电解铝工业生产和工程建设中显示出不可比拟的优越性。近年来，在国内节能减排要求日益严格环境下，随着电解铝技术的进一步深入开发，自2008年国内各种节能型电解槽技术及电解槽节能技术突飞猛进的发展。铝电解节能技术“百家争鸣”，各种类型的节能技术纷纷出现。

2、国内大型、节能型铝电解槽开发

随着大型铝电解槽设计的不断改进，新设计新型大型电解槽的能耗水平大幅度降低。表1为各种类型电解槽的技术指标。

表1不同类型电解槽技术指标

从表1看出，随着设计的改进，特别是从2008年以来，电解槽槽型不断扩大，运行电流强度不断提升，电解槽的直流电耗不断降低，目前新设计的节能型电解槽运行电流强度通常不小于400kA，运行阳极电流密度在0.8A/cm2以上，吨铝直流电耗在12500kWh以下。同比国外先进技术电解槽AP39吨铝直流电耗为13150kWh，DX在三个月期间的吨铝直流电耗从12920kWh至13040kWh，从这些数据对比来看，国内商业化运行的电解铝系列选用的电解槽吨铝直流电耗设计指标已全面超越西方技术。国内节能大型电解槽在传统大型电解槽进行了全面的优化改进。

（1）优化的磁流体稳定性设计

节能型电解槽的母线设计较传统电解槽的母线设计进行大幅度的优化，为电解槽运行在更低电压、更低极距提供了技术保证。新设计的节能型电解槽采用了革命性的设计方案，一方面优化了母线的用量，减少了厂房面积，另一方面大幅度优化了磁场。

（2）良好的热平衡设计

节能型电解槽需要处理好电解槽散热与保温之间的合理平衡，既需要电解槽形成良好稳定的炉帮，又需要适量减少电解槽散热，如何处理散热与保温之间的平衡对电解槽热平衡设计提出了更高的要求。新概念的热平衡设计将电解槽置于电解车间整体考虑，既优化了电解槽的热平衡设计，又改善了车间温度分布。

（3）精细化控制系统

传统的控制系统已不能满足大型、节能型电解槽的技术需要，优化的的控制系统，全面的监测方法，分区域的控制技术能够将电解槽氧化铝浓度控制在一个合理的范围内，同时能够将电解槽的热平衡控制在一个优化的范围内。

（4）新型技术的应用

各种新型技术的应用也为节能型电解槽提供了良好的保证，如沈阳铝镁设计研究院有限公司开发的新式阴极钢棒结构技术大幅度减少了水平电流，大幅度提高了电解槽的稳定性，为400kA或更大型预焙槽的节能技术指标的实现提供了有力支持。此外良好的现场管理与操作也是节能电解槽能够达到会超越预期技术指标的重要环节。

3、新概念节能技术的应用

近年来，在国内节能减排要求日益严格的环境下，随着电解铝技术的进一步深入开发，自2008年起国内各种节能型电解槽技术发展迅猛。各种类型的节能技术纷纷出现，如新型阴极结构，新式阴极钢棒等技术大幅度减少了水平电流，大大提高了电解槽的稳定性，为大型预焙槽的节能技术指标的实现提供了有力支持。

3.1新式阴极钢棒技术

该技术从影响铝电解槽稳定性的基本因素出发，以优化水平电流、阴极导电结构及槽运行稳定性为目的，形成了新型阴极钢棒结构节能技术。新式阴极钢棒技术大幅度优化了电解槽的磁流体稳定性，提高电解槽在低电压时的稳定性，从而进一步降低电解槽吨铝能耗。采用新阴极钢棒结构进行内衬改造的300kA电解槽吨铝直流电耗由设计的13397kWh降低至12637kWh。进行节能改造的200kA（电流强化至220kA）电解槽吨铝直流电耗为12010kWh，较同类型对比槽吨铝直流电耗降低738kWh，电流效率较对比槽提高0．725%。通过采用新式阴极钢棒导电结构，吨铝直流电耗较传统电解槽大幅度降低。该技术不仅在铝厂节能改造中得到了广泛的应用，也应用在国内新建400kA、500kA系列。

3.2大型铝电解槽“全息”控制及操作技术

电解槽“全息”操作及控制技术，即对电解槽在时间上和空间上进行全方位的控制。它贯穿电解槽从焙烧启动到停槽的整个生命周期，规范了电解槽管理者对电解槽进行的每一个操作，标准量化了计算机对电解槽的智能自动控制。主要包括：铝电解槽标准化操作手册；铝电解槽智能自动控制技术；铝电解槽标准化监督、管理技术。

大型铝电解槽“全息”操作及控制技术，以国际上最先进的电解槽控制理念为指导，综合考虑影响电解槽指标的所有因素，在电解槽生产的标准化操作上、优化自动控制程序上、电解槽标准化信息处理与监督上，全方位的控制电解槽，以便使电解槽发挥最大的潜能，提供的是使电解槽获得良好指标的全方位的操作、控制和管理技术包，应用该技术有效的减少了阳极效应系数，减少了环境污染和工人的劳动强度和危险性，提高了电解槽的技术指标。

3.3铝电解槽电流强化与高效节能综合技术

该技术创造性地提出了以降低极距和强化电流为核心的"五低－三窄－一高"（低电压、低温、低过热度、低氧化铝浓度、低阳极效应系数、窄物料平衡工作区、窄热平衡工作区、窄磁流体稳定性调节区、高阳极电流密度）的高效节能铝电解工艺技术。为了满足"五低－三窄－一高"工艺技术条件下电解槽高效平稳运行的要求，课题组开发出基于多目标（高电效、低电耗、低排放、高稳定）综合优化、多参数临界状态动态智能辨识的智能多环（物料平衡、热平衡和稳定性）协同优化与控制技术，通过调整电解槽工艺并改进控制策略，在不对电解槽停产改造（即不改变电解槽结构）的前提下，实现了电解槽电流大幅度强化和显著节能的双重目标。采用该技术的154kA的电解槽，电流由152．5强化至177kA，吨铝直流电耗降低至12393kWh。目前各种新概念的节能技术正在大面积的应用和推广，并取得了良好的应用效果。

3.4新型阴极结构高效节能铝电解槽技术

新型阴极结构电解槽，其阴极炭块的上表面具有的纵向间断或纵向与横向交叉的凸起结构，此异形的凸起可隔断槽内铝液的流动，降低槽内铝液流速和降低阴极铝液表面的波动，起到提高电解槽有效极距、降低槽电压的作用，因此“新型阴极结构铝电解槽技术”可大幅度降低铝电解电能消耗。同时，该技术可以在电解槽炉底薄弱的部位能形成粘稠冰晶石、氧化铝熔体的混合物或沉淀物，阻止阴极铝液通过槽底裂纹和缝隙流入槽底，熔化钢棒，进而实现延长电解槽寿命的目标。

3.5新型结构电解槽

新型结构电解槽为炭块间有导流沟、中间有汇流沟、端部有蓄铝池的新型水平网络状结构的导流电解槽技术；提出并实现了低铝液层稳定生产技术，开发了五低二高（低铝液层、低极距、低电压、低能耗、低效应系数，高阳极电流密度、高电能利用率）的铝电解节能新工艺；开发并设计了保温型电解槽内衬结构，保证了低极距下电解槽的热平衡。

4、结语

我国现代大型铝电解槽的综合节能技术已取得一定的进步，但综合考虑生产消耗、劳动生产率、吨铝投资材料用量等相对于国外一流电解槽技术，还有一定的差距。进一步优化设计、开发节能技术，提高管理和控制水平，方能进一步降低电解铝工业的综合能耗水平。

参考文献：

［1］周东方，杨晓东，刘伟，等．铝液流态（阻流）优化节能技术的开发与应用［J］．轻金属，2011，（3）：27－33．

［2］刘伟，邹智勇，杨晓东．铝电解槽阴极导电结构创新节能技术研究及工业试验［C］．IBAAS－CHALIECO2013国际铝工业技术研讨会．广西南宁，2013．447－452．